要做一个很准的温度计，首先需要一个更准的温度计……
82573
%7B%22isLastPage%22%3Atrue%2C%22notes%22%3A%5B%5D%2C%22pid%22%3A%22842602%22%2C%22tid%22%3A%2282573%22%2C%22mainForumsId%22%3A%5B%22175%22%5D%2C%22categoriesId%22%3A%5B%22302%22%5D%2C%22tcId%22%3A%5B%5D%7D
%7B%22isEditMode%22%3Afalse%7D
高精度温度测量
我自从大二参加校电子设计大赛，做了一个温度计后就一直在纠结一个问题，如何把温度计的精度做上去？当时做校赛的时候采用了一个比较传统的电路方案：用稳压芯片的电压为基准，采用op07运放搭配精密电阻搭建电流源，然后用AD620仪表放大器放大PT100上的电压，送入单片机ADC采样后计算得到电阻，再通过R-T关系得到温度，这种结构也是百度上通常可以搜索到的方案，当时由于采用了精密电阻，电流源精度在万分之三左右，但是整体线性性不好，误差在最小70mOhm，最大在100mOhm，电流源的误差贡献就在30mOhm左右了，而且当时用了一个1.5元的稳压芯片，电压也不稳定，导致零点偏移严重。最后光电路的误差带来的温度测量误差就在0.25度了，哪怕在采用1/3B级误差0.1度的铂电阻，整体的误差在0.35度（0.27?)左右了,完全达不到WMO的0.1度要求。所以一直想提高测量精度。终于我发现了一个电路图，
![SBVANL1MS(9S7N1QD2QFY]F.png]()
这个电路图带来的好处不言而喻，但是由于我不是电子专业出身对于一些模电方面的东西还是不太懂，就比如这个参考电压的最低电平高于输入信号的电压情况是否正确？（大神可以跟我讲讲不？）
对此我问了一些人，最后
。。。。。。。
没人理我。
但是我还是相信ADI公司的，虽然我买不起他们的芯片，于是在伟大的淘宝上我买到仿制芯片来试验一下。
画PCB，买原件，焊接。。。。。。。花去了我一个月的时间，最后焊完这家伙长这样
![A@UD`8(J2(3SR`VMVFQV)QY.png]()
然后写程序调试，克服各种奇怪的问题，一边又一遍debug，最后的结果还算好，通过和垃圾5位电表的比对，测量电阻精度在+-20mOhm左右，分辨率为5mOhm。
但是我却遇到了致命的问题：稳定性不好，每次上电的数值都不一样，偏差在20mOhm上下，（已经排除了温漂的影响）如此大的偏差直接影响了最后测温的精度。现在这个问题是我想尽量去克服的问题。不知道论坛里面有没有大神可以帮我看看到底是什么问题？
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
今天把温度计开了一天，PT100换成低温漂电阻，仪器参数如下：
平均值：120.301
方 差： 0.0207
![)Q]%C[9563MI8D~%3Q2I5]U.png]()
ps：如今气象上公认最好的电测温度计是芬兰维萨拉生产的，精度在+-0.2度
![SBVANL1MS(9S7N1QD2QFY]F.png](https://img.kechuang.org:81/r/279393?c=resource)
这个电路图带来的好处不言而喻，但是由于我不是电子专业出身对于一些模电方面的东西还是不太懂，就比如这个参考电压的最低电平高于输入信号的电压情况是否正确？（大神可以跟我讲讲不？）
对此我问了一些人，最后
。。。。。。。
没人理我。
但是我还是相信ADI公司的，虽然我买不起他们的芯片，于是在伟大的淘宝上我买到仿制芯片来试验一下。
画PCB，买原件，焊接。。。。。。。花去了我一个月的时间，最后焊完这家伙长这样
然后写程序调试，克服各种奇怪的问题，一边又一遍debug，最后的结果还算好，通过和垃圾5位电表的比对，测量电阻精度在+-20mOhm左右，分辨率为5mOhm。
但是我却遇到了致命的问题：稳定性不好，每次上电的数值都不一样，偏差在20mOhm上下，（已经排除了温漂的影响）如此大的偏差直接影响了最后测温的精度。现在这个问题是我想尽量去克服的问题。不知道论坛里面有没有大神可以帮我看看到底是什么问题？
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
今天把温度计开了一天，PT100换成低温漂电阻，仪器参数如下：
平均值：120.301
方 差： 0.0207
![)Q]%C[9563MI8D~%3Q2I5]U.png](https://img.kechuang.org:81/r/279444?c=resource)
ps：如今气象上公认最好的电测温度计是芬兰维萨拉生产的，精度在+-0.2度
[修改于 6年11个月前 - 2018/01/18 19:32:15]
稳压芯片不准的吧。。不是有专门的电压基准芯片么。。
引用
加载评论中，请稍候...
200字以内，仅用于支线交流，主线讨论请采用回复功能。
引用 radio:是个BUG，以前多处引用的帖子已经脆了，要修。@的ID最后面要加空格才能识别。
宏观温度是按照“分子无序运动的快慢”来定义的，这东西很难进行直接观察，间接的手段也比较模糊，因此温度的计量是一个世界性难题，目前执行的ITS-90标准也是用一系列实物基准作为固定点，用各种奇技淫巧来进行分度。世界范围内，目前的不确定度水平，在中低温区大约是0.2mK。
楼主提到了0.35度的误差，要想计量到这个不确定度，就需要非常精密的恒温槽。标准元件反而简单一点，可以采用二等或一等标准水银温度计。
计量一等标准水银温度计就需要用到更高的基准，通常是标准铂电阻温度计，它的电阻是依靠电桥测定的。如果需要在线测量，采用“数字万用表”是可行的，但是表的不确定度需要妥善的控制，这就是楼主遇到的问题。
引用
加载评论中，请稍候...
200字以内，仅用于支线交流，主线讨论请采用回复功能。
引用 三水合番:通过pt100测温可以转为测电阻，也就是我可以用测万分之一的低温漂电阻的方法来评估电路的精度，至于PT100探头测温精度方面我也只能相信厂家的参数了。
引用
加载评论中，请稍候...
200字以内，仅用于支线交流，主线讨论请采用回复功能。
要注意pt100自发热，同时看看各家app note
引用
加载评论中，请稍候...
200字以内，仅用于支线交流，主线讨论请采用回复功能。
前段时间刚做完一个气相色谱仪里程控线性升温的项目
我觉得我可以回答这个问题233
-
徐版说的PT100自发热问题是其一，这一点很重要，所以供电电压必然不能很高。
这就需要很大的放大倍数给单片机采集，所以前端要做到低噪。
如果要很精确，恒压供电肯定是不靠谱的，一般是用运放与基准源搭成恒流源给pt100供电。
标定之后，仪用放大器输出放大之后的电压仅与增益*I*R有关，这样可以得到不错的温度分辨率。
我做到了0.2°C的精度。
-
再谈我后来用的方案，因为量产产品需要每次都标定校准。
这样其实是很耗费人工的，所以我后来选了美信Maxim的MAX31865这款芯片。、
这个芯片支持2-3-4wire PT100温度采集和自校准。
标称可以达到 0.03125°C的温度精度，实际我用在0.125°C这一档，效果非常稳定。
用来做双环PID，可以达到0.2°C左右的控制精度。
这里有个我开发的时候在GitHub上找到的基于Arduino的例程。
可以参考一下。
后来我把它移植STM32F4平台上了，用一个回调做初始化配置。
![2.png]()
采集部分代码主体就是这样，
写的很乱，见笑了 - -。
为自己的时间着想，建议选用IC集成解决方案会比较靠谱。
-
ps：顺便晒一下我做的程控升温的线性度。![3.png]()
我觉得我可以回答这个问题233
-
徐版说的PT100自发热问题是其一，这一点很重要，所以供电电压必然不能很高。
这就需要很大的放大倍数给单片机采集，所以前端要做到低噪。
如果要很精确，恒压供电肯定是不靠谱的，一般是用运放与基准源搭成恒流源给pt100供电。
标定之后，仪用放大器输出放大之后的电压仅与增益*I*R有关，这样可以得到不错的温度分辨率。
我做到了0.2°C的精度。
-
再谈我后来用的方案，因为量产产品需要每次都标定校准。
这样其实是很耗费人工的，所以我后来选了美信Maxim的MAX31865这款芯片。、
这个芯片支持2-3-4wire PT100温度采集和自校准。
标称可以达到 0.03125°C的温度精度，实际我用在0.125°C这一档，效果非常稳定。
用来做双环PID，可以达到0.2°C左右的控制精度。
这里有个我开发的时候在GitHub上找到的基于Arduino的例程。
后来我把它移植STM32F4平台上了，用一个回调做初始化配置。
采集部分代码主体就是这样，
写的很乱，见笑了 - -。
为自己的时间着想，建议选用IC集成解决方案会比较靠谱。
-
ps：顺便晒一下我做的程控升温的线性度。
引用
加载评论中，请稍候...
200字以内，仅用于支线交流，主线讨论请采用回复功能。
引用 rb-sama:集成ic是个省事的方案。你那个芯片的0.125度的应该是分辨率吧？而且工作范围内，总精度在0.5度左右（190mOhm），当然你的项目里面测温是一个子项目，标定就显得很麻烦，我这个是想做一个气象站的。标定是一定要的。所以我内部加了拟合函数功能模块。
ps：
集成更低系统功耗，简化设计，减少设计周期：
简便的RTD铂电阻之数字转换器；
支持100Ω至1kΩ (0°C时)铂电阻RTD (PT100至PT1000)；
兼容于2线、3线和4线传感器连接；
SPI兼容接口；
20引脚TQFN和SSOP封装；
高精度设备满足误差预算：
15位ADC分辨率，标称温度分辨率为0.03125°C (随RTD非线性变化)；
整个工作条件下，总精度保持在0.5°C (0.05%满量程)；
全差分VREF输入；
转换时间：21ms (最大值)；
集成故障检测，增加系统稳定性：
±45V输入保护；
引用
加载评论中，请稍候...
200字以内，仅用于支线交流，主线讨论请采用回复功能。
引用 RodTech:嗯嗯。考虑了。电流源是镜像电流源，电流大小是350uA。这个电流下自发热影响很小的吧？
引用
加载评论中，请稍候...
200字以内，仅用于支线交流，主线讨论请采用回复功能。
引用 cgcc:分辨率是 0.03125°C，我做了均值滤波，均值滤波后输出固定的值。
当前温度与下一次采集的温度差低于0.125°C不变，这是为了避免PID反复积分。
原理是在最小采样周期，温度不会瞬变。
PT100传感器的等级与标准确定了测量温度的值，这个是可信的，温度差同样可以通过标定来解决。
没太了解你说的拟合函数问题，如果用软件来测值太麻烦了。
MAX31865是集成在里面的，直接读真值。
引用
加载评论中，请稍候...
200字以内，仅用于支线交流，主线讨论请采用回复功能。
引用 rb-sama:我的 意思是 温度计标定的话肯定要标定几个温度点的，而这些温度点的偏差不太适合直接加减一个值去补偿，所以用一个拟合函数来补偿这个误差。佷好奇你那个方案如果把PT100换成阻值已知的电阻情况下，温度显示与阻值公式推算的温度差距是多少。
引用
加载评论中，请稍候...
200字以内，仅用于支线交流，主线讨论请采用回复功能。
引用 cgcc:
对于你上面提出的的问题，其实都可以在datasheet里找到答案。
用这个片子对RTD做测量，官方提供以下三个方案
1：简单的线性计算公式带来的误差范围如上。
这种方案显然不符合你的项目要求。
2：拟合公式来进行精确函数计算补偿，不需要你说的自己测点做拟合。
这个公式是满足IE751标准的，datasheet中有相关描述。
有快速浮点计算能力的嵌入式系统比较适合应用这个方案。
3：查表线性插值拟合
折中的方案，查表后作线性插值，精度介于以上两个方案之中。
-
上面三个方案，原理都是基于采集电阻值标准，温度对电阻值的conver。
下面来看看ADC的精度，
±1LSB的意思是，最大一个正负分辨率的误差。
换算到温度就是±0.03125°C，在Vref可信时，这个是ADC采集能够带来的最大温度误差。
当然以上的前提是，配合方案2能带来的最高精度结果。
-
对于你的应用，单片机处理能力足够的话，建议用方案2。
处理能力较弱的话，用方案3。
-
以上都是基于Maxim原厂资料置信的结论，如果对原厂测试数据怀疑的话。
可能真的要做人肉标定，那就是另外一个话题了。
引用
加载评论中，请稍候...
200字以内，仅用于支线交流，主线讨论请采用回复功能。
2018/1/28
气压：102.0kpa
理论值，冰水混合物 0.0摄氏度，沸水：100.2摄氏度
雪后阴
冰水混合物：99.993Ohm -> 0.0摄氏度
沸水：138.570Ohm->100.3摄氏度
气压：102.0kpa
理论值，冰水混合物 0.0摄氏度，沸水：100.2摄氏度
雪后阴
冰水混合物：99.993Ohm -> 0.0摄氏度
沸水：138.570Ohm->100.3摄氏度
引用
加载评论中，请稍候...
200字以内，仅用于支线交流，主线讨论请采用回复功能。
水要蒸馏，其实大气压的测量更不容易测准，引入了新的误差，当然气压对三相点偏移贡献比较小。
引用
加载评论中，请稍候...
200字以内，仅用于支线交流，主线讨论请采用回复功能。
这样精度的电路设计根本用不着用三相点瓶标定，除非你的电路和传感器达到了50mk以下的不确定度
引用
加载评论中，请稍候...
200字以内，仅用于支线交流，主线讨论请采用回复功能。